隔离开关的正确操作方法(真没办法有效防火)

3060目标下,电站的安全备受关注。今年以来,各逆变器厂家陆续发布了带直流保护开关的逆变器,业内不同专家对直流侧开关的保护能力、标准符合性等方面进行了讨论,意见不一,多家媒体进行相关报道:光伏直流侧安全日益重要,隔离开关能否实现安全保护?

争论点主要聚焦在“单路MPPT的接入组串数量超过2串”的系统设计下,不增加熔丝或者断路器等保护器件,仅通过隔离开关是否能够实现安全?如今,市场上已有该类产品在实际电站中应用,实际保护能力怎么样呢,笔者在现场开展了反接、反灌测试,以实地验证系统安全性能。

一、组串反接测试验证

逆变器在实际施工安装、运维过程中经常出现反接、错接、短路等情况,极易造成安全风险,因此设备的系统保护能力极为关键。

选取的设备每路MPPT连接5串光伏组件,现场单串电流近20A,选取设备的一路组串开展了正负极反接测试,反接后,该反接组串与其他4路组串形成回路,其他4路组串电流均向该串倒灌,形成了70A的反灌电流。

隔离开关的正确操作方法(真没办法有效防火)(1)

组串反接试验线路图

第1次测试触发后,隔离开关发生保护动作,但是在240ms后跳脱,与厂家宣传的15ms的关断能力存在差距。

第2次测试触发后,隔离开关未能跳脱,保护失效,反灌电流一直存在,导致对应组串内的组件温度急剧上升,其中一块组件的二极管温度超过150℃当场炸裂,此类故障起火风险极大。

隔离开关的正确操作方法(真没办法有效防火)(2)

二、组串反灌测试验证

目前多数电站所处环境比较复杂,由于电站光伏组件铺设面积大,经常出现光照不均、遮挡、组件老化等多种因素,各组件接受光照或发电不一致易导致组串形成电压差,易引发电流反灌,若不能有效保护,将造成系统安全风险。

因此选取逆变器的其中1路组串开展了反灌测试,让其中1串组件与同路MPPT中的其余4路组串保持一定电压差,电压差导致其余4串均有电流反灌进故障组串,反灌电流达到30A。在上述工况下开展了三轮测试。

隔离开关的正确操作方法(真没办法有效防火)(3)

组串反灌试验线路图

前2次测试触发后,隔离开关发生保护动作,但是在250ms后跳脱,与主流厂家逆变器可以达到15ms的关断能力存在较大差距。

第3次测试故障发生后,隔离开关未能跳脱,保护失效,对应组件与线路温度急升,其中组件一分钟内飙升了49℃(升温至76.8℃)。如不及时断开,持续升温易造成后期组件热斑、损坏、起火等现象,对系统安全及发电量影响极大。

隔离开关的正确操作方法(真没办法有效防火)(4)

上述实验证明:在组串反接和组串电流反灌两种现场常见的工况下,隔离开关保护失效比例达到30%以上。其中组串反接工况下,隔离开关分断失效,使组件二极管炸裂乃至起火;电流反灌工况下,隔离开关失效导致组件温度急剧上升。

在“1路MPPT接入组串数量超过2串”的系统设计下,隔离开关可作为冗余设计提升系统安全性,但不能作为系统必备的保护器件,如隔离开关替代熔丝或者断路器等保护器件,安全风险极大。

当1路MPPT接入2串组件时,发生组串短路或者反接时,系统中最大的短路电流或倒灌电流均只有1倍组件短路电流,增加隔离开关作为冗余保护,可进一步提升系统安全性,即时隔离开关出现保护失效也不会影响系统安全。

综上所述,隔离开关可作为冗余设计提升系统安全性,但不能作为系统必备的保护器件,更无法取代标准中规定的熔断器和断路器。在1路MPPT接入组串数量超过2路的系统中,必须提供符合标准的gPV型熔断器、断路器这类过流保护装置,不可仅使用隔离开关进行保护,安全问题,不容忽视。

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